Journal Search Engine
Search Advanced Search Adode Reader(link)
Download PDF Export Citaion korean bibliography PMC previewer
ISSN : 1225-309X(Print)
ISSN : 2288-7172(Online)
Journal of the mineralogical society of korea Vol.28 No.1 pp.17-28
DOI : https://doi.org/10.9727/jmsk.2015.28.1.17

The Mineralogical and Chemical Characteristics of Slag from Kazakhstan and Leaching of Cu and Fe

Bong-Ju Kim1, Kang-Hee Cho1, Shin Seung-Han3, Nag-Choul Choi2, Cheon-Young Park1*
1Department of Energy and Resource Engineering, Chosun University, Gwang-ju 501-759, Korea
2Department of Rural Systems Engineering/Research Institute for Agriculture and Life Science, Seoul National University, Seoul 151-742, Korea
3Technology Research Center, Mine Reclamation Corporation, Seoul 331-803, Korea
Corresponding author : +82-62-230-7878, cybpark@chosun.ac.kr
February 9, 2015 March 27, 2015 March 25, 2015

Abstract

In order to study the mineralogical and chemical characteristics of copper slag, optical microscopy, SEM/EDS, EPMA, AAS and XRD analyses were carried out. In addition, sulfuric acid leaching experiments were performed to investigate the potential of the slag as a copper resource. It was confirmed that fayalite, chromite, bornite and chalcopyrite were contained in the slag. The slag mainly consisted of acicular fayalite and skeletal lath -euhedral chromite crystals. Also a very large amount of bornite and chalcopyrite grains were contained in the slag.

The content of Fe and Cu in the slag was 18.37% and 0.93%, respectively. As a result of sulfuric acid leaching experiments, the leaching rates of Cu and Fe were increased through decreasing the slag particle size, increasing the sulfuric acid concentration and the leaching temperature. The maximum efficiency of Cu and Fe leaching were obtained under the conditions of particle size of 32 mesh, sulfuric acid concentration of 2.0 M, and leaching temperature of 60°C.

Accordingly, it is expected that the slag could be available as a potential and alternative resource of
metallic copper.


카자흐스탄 구리 슬래그의 광물학적, 화학적 특성 및 구리와 철의 용출 특성

김 봉주1, 조 강희1, 신 승한3, 최 낙철2, 박 천영1*
1조선대학교 에너지⋅자원공학과
2서울대학교 지역시스템공학과
3한국광해관리공단 광해기술연구소

초록

구리 슬래그에 대한 광물학적 및 화학적 특성을 연구하기 위하여 광학현미경, SEM/EDS, EPMA, AAS 및 XRD분석을 수행하였다. 또한 이 슬래그가 Cu의 잠재적인 금속자원로서의 가능성이 있는지 조사하기 위하여 황산 용출-실험을 수행하였다. 슬래그에는 철감람석, 크롬철석, 반동석과 황 동석이 포함되어 있는 것을 확인하였다. 침상의 철감람석과 뼈대구조의 자형 크롬철석이 주로 슬래그 를 형성하고 있으며 많은 양의 반동석과 황동석이 포함되어 있었다. 슬래그에 Fe와 Cu가 각각 18.37%와 0.93%로 함유되었다. 황산 용출-실험을 수행한 결과, 용출액의 농도와 용출온도가 증가할수 록, 입도가 감소할수록 Cu와 Fe 용출률은 증가하였다. 본 실험조건하에서는 Cu와 Fe가 최적으로 용출 되는 조건은 32 mesh에서, 2.0 M의 황산농도에서 그리고 용출온도 60°C에서였다. 따라서 향후, 용출 규모를 증가시킨다면 슬래그는 구리의 잠재적 대체금속자원이 될 것으로 예상된다.


    Ministry of Trade, Industry and Energy
    1415131769

    서 론

    황동석(CuFeS2), 휘동석(Cu2S), 반동석(Cu5FeS4), 코벨라이트(covellite, CuS), 황철석(FeS2)과 같은 황화광물에 SiO2, Al2O3, CaO와 같은 융제(flux)를 혼합시켜 1,200℃로 산화시키면 구리(Cu0, elemental copper), ferrous oxide (FeO) 그리고 SO2가 생성된 다. 이 과정을 제련이라 하며, 이 과정을 통해서 용 융체 구리와 용융체 슬래그가 얻어진다. 용융체 구 리는 Cu-Fe-S 성분으로 된 매트가 되고, 주로 휘동 석과 코벨라이트로 구성된다. 용융체 슬래그는 주로 산화물인 FeO·SiO2 및 Cu2O로 이루어진다. 이 용 융체 슬래그는 공기 중에서 서서히 냉각시키거나 혹은 물로 급냉각시킨다. 냉각된 슬래그는 대부분 폐기한다(Davenport et al., 2002; Yang et al., 2010). 그러나 폐기된 슬래그에는 Cu (약 2.62%), Zn (약 0.43%), Co (약 0.13%), Ni (약 0.29%) 등 과 같은 유용금속이 고함량으로 포함되어 있기 때 문에 대체광물자원으로 각광받고 있다(Altundogan and Tumen, 1997; Arslan and Arslan, 2002; Banza et al., 2002).

    구리 슬래그는 냉각 속도에 따라 현무암과 같은 결정질 혹은 흑요석과 같은 비정질매질로 된다. 슬 래그가 공기 중에서 서서히 냉각되면 주로 결정질 의 감람석들로 되고, 반대로 물에 의하여 급냉되면 비정질의 유리질 매질로 된다. 결정질 슬래그는 대 부분 철감람석(fayalite, Fe2SiO4), 자철석(magnetite, Fe3O4) 및 Cu2O 등이 포함되어 있다. 특히 슬래그에 포함되는 유용금속은 대부분 ZnO, CuO, Cr2O3, PbO, NiO, CoO와 같은 산화물 형태로 존재한다 (Altundogan and Tumen, 1997; Gorai et al., 2003). 그러나 슬래그에 오르지 산화물로만 구성되 는 것은 이론적인 제련인 경우이다. 실제로, 용융 온도, 융제의 첨가 및 제련 작동 조건 등에 따라 그리고 정광의 조성이나 광물종류 등에 따라 슬래 그에 산화물은 물론 황동석, 휘동석, 코벨라이트, 섬아연석, 방연석, 자류철석 등과 같이 황화광물들 이 포함된다. 심지어 융제로 첨가한 석영이 제련조 건이 맞지 않아서 결정형태 그대로 나타나기도 한 다(Piatak et al., 2004; Vitkova et al., 2010).

    이러한 원인 때문에 슬래그에는 유용금속이 산화 물 및 황화광물 상태로 존재한다. 그러므로 슬래그 에 산화물 상태로 포함된 유용금속은 환원용출이 그리고 황화광물 상태로 포함된 유용금속은 산화용 출이 효과적이다. 슬래그의 유용금속을 회수하기 위해서 황산, 암모니아, 수용성 SO2 용액, 슬래그를 황철석과 함께 소성시키고 황산 용액을 적용, 그리 고 고압용출 등과 같이 다양한 용매와 방법들이 이 용되었다(Altundogan and Tumen, 1997; Banza et al., 2002; Gorai et al., 2003; Altundogan et al., 2004; Li et al., 2008; Carranza et al., 2009). 그 러나 다양한 용매와 방법으로 슬래그를 용출시켜 도 항상 Si와 Fe가 고함량으로 용해된다. 따라서 용출-용매에서 Si는 비정질의 실리카 겔을 형성하 여 점성이 높아지고 또한 고함량의 Fe는 전기분해 를 방해하는 불순물로 작용하고 있다. 이러한 원인 때문에 용출-용액이 여과가 어렵게 되고 이로 인하 여 다음 공정인 용매추출과 전기분해에 악영향을 미치게 되는 문제점들이 아직 해결되지 못하고 있 다(Banza et al., 2002; Yang et al., 2010).

    우리나라에서 슬래그로부터 유용금속을 회수하 는 연구로는 슬래그로부터 철 자원을 전기화학적으 로 회수하는 방법(Lee, 2014), 플라즈마 용융시스 템을 이용한 구리회수(Kim et al., 2014c) 등이 있 을 뿐이다. 2013년에서 2014년 동안 우리나라에서 생산되는 구리는 겨우 18,200 ton이지만 수입량은 3,938,300 ton에 이르고 있다(KOMIS, http://www.kores.net/main.do). 그러므로 폐기되는 슬래그로부 터 구리를 회수하는 것은 폐자원을 활용하는 것이 다. 이를 위해서 슬래그에 대한 광물학적 및 화학 적 특성과 유용금속 용출인자들의 특성을 파악해 야 할 것이다.

    따라서 본 연구목적은 구리 슬래그에 대한 광물- 화학적 특성을 조사하고자하였으며, 또한 황산 용액 에 의한 구리 최적 용출 인자를 파악하고자 하였다.

    실험 재료 및 방법

    시료

    카자흐스탄(Kazakhstan) B지역의 구리 제련소에 서 구리슬래그 시료를 제공받았다. 이 슬래그에 대 하여 박편과 연마편을 각각 제작하였다. 또한 이 슬래그를 다양한 크기로 파쇄하였고, 습식체분석 하였다. 체분석은 4 mesh, 8 mesh, 10 mesh, 20 mesh, 32 mesh로 수행하였다.

    용출실험

    5가지 입도로 선별된 슬래그 시료 1.0 g을 각각 100 ml 용출-용액(1.0 M H2SO4)에 첨가하고, 교반 속도 160 rpm, 30℃의 용출온도에서 100분 동안 용출실험을 수행하였다. 용출실험이 진행되는 동안 시간별로 2.0 ml 용출-용액을 채취하였다.

    분석방법

    박편과 연마편으로 제작된 슬래그에 대하여 편광 현미경(Nikon Polarizing Microscope, ECLIPSE LV100POL), SEM/EDS (scanning electron microscopy, Czech, MIRA 3 LMV TESCAN) 및 전자현 미분석기(electron probe microanalysis, EPMA, JEOL Japan, JXA-8100)를 이용하여 광물학적 특 성과 정량분석을 수행하였다. 200 mesh 이하로 미 분쇄된 슬래그에 대하여 왕수분해하였다. 시료 1.0 g을 길이 18 cm 파이렉스 내열시험관에 넣고 미리 만들어 놓은 왕수(질산(HNO3): 염산(HCl) = 1: 3 ratio) 4.0 ml를 첨가하였다. 이 내열시험관을 알 루미늄 히팅블럭(DMB-2)에서 1시간 동안 70℃로 가열하였다. 이 왕수분해 용액에 3차 증류수 6 ml 를 첨가하고 1시간 동안 상온에서 냉각하였다. 다 시 왕수분해 용액에 희석용액을 첨가하여 10배로 희석하였다. 증류수(pH 7.6)로 희석하는 경우 금속 이온의 손실(Wei et al., 2005)이 일어나기 때문에 pH 2 이하의 희석용액을 사용하였다. 이 희석용액은 3차 증류수에 진한 질산(HNO3)을 가해 pH 2 이하 로 제조하였다(Veglio et al., 2001). 희석된 시료용액 과 슬래그 용출-용액은 0.45 μm 이하로 여과하였고, 금속원소 함량은 원자흡광분광기(atomic absorption spectrophotometry, AAS, AA-7000, Shimadzu, Japan)로 측정하였다. XRD (X’Pert Pro MRD (MRD), PANalytical, Netherlands)분석은 40 kV, 30 mA, step size 0.03(2θ), scan step time(s) 1.0000, Cu target Kα(1.54060Å) 조건에서 분석하 였다. 분석 전에 Si 표준시료(NIST Silicon 640c) 를 magazine에 올려서 56.102° (2 theta) 구간을 manual scan (range = 0.5 deg, step size = 0.01, time = 1 sec)하여 2 theta 값이 항상 56.102° (오 차범위 ± 0.02)에 위치하도록 영점 조정하였다.

    결과 및 고찰

    슬래그의 광물학적 및 화학적 특성

    박편 및 연마편

    슬래그 시료에 대하여 투과현미경을 관찰한 결 과 자형의 철감람석(fayalite) 결정들과 타형의 크 롬철석(chromite) 결정들이 나타났다(Fig. 1). 철감 람석은 불규칙한 벽개가 발달되어 있고 강한 간섭 색과 가장자리 구조(rim structure or zonal texture) 가 잘 나타난다(Fig. 1a). 가장자리 구조가 나타나 는 것으로 보아 Fe가 부화된 것으로 사료된다 (Craig and Vaughan, 1981; Parsons et al., 2001). 크롬철석은 거정질의 감람석 결정 사이에 암적갈 색의 둥근 입자 형태로 나타난다(Fig. 1b).

    대상구조(zoning)와 내부 벽개가 잘 발달된 거정 질의 크롬철석(Fig. 2a)과 자형의 거정질 크롬철석 주변에 미세한 크기의 불투명광물들도 관찰된다 (Fig. 2b). 특히 크롬철석은 투과현미경에서 개방 혹은 직교 모두에서 짙은 붉은 색으로 나타나는 것 이 특징이다(Shin and Lee, 2012).

    SEM/EDS 분석

    연마편으로 제작된 슬래그에 대하여 SEM/EDS분 석한 결과 철감람석, 크롬철석, 황화광물 및 금속입 자들이 관찰되었다(Fig. 3). 철감람석은 침상 혹은 신장된 뼈대구조(skeletal lath)를 이루면서 불규칙하 게 배열되어 있다. 크롬철석은 거정질의 뼈대구조를 보이며 내부에 황화광물과 금속입자들을 포함하고 있다. 황화광물에 대하여 EDS를 이용한 반정량 분 석결과 S (56.09), Fe (13.23) 및 Cu (30.68 atomic %)가 검출되고 금속입자는 O (25.28), S (61.47), Fe (5.95) 및 Cu (7.30 atomic %)가 검출되었다. 금속입자에서 산소가 검출되는 이유는 제련과정에 서 황화광물이 산화되어 산화물로 변환되었기 때문 이다. 그러나 슬래그에 황화광물이 나타나는 원인 은 제련과정에서 황화광물이 충분히 산화되지 못했 기 때문인 것으로 사료된다(Piatak et al., 2004; Vitkova et al., 2010). EDS 분석 결과로 볼 때 Fig. 3에서 나타나는 황화광물은 반동석 혹은 황동석으 로 사료된다. 제련과정이 정상적으로 진행되었다면 황화광물인 반동석과 황동석은 매트나 슬래그로 완 전히 분리되어야 했을 것이다(Vitkova et al., 2010). 따라서 슬래그에 포함된 이 황화광물을 회수한다면 막대한 금속자원을 활용하는 것이 될 것이다.

    EPMA 분석

    슬래그에 대한 반사편광현미경에서 철감람석 (Fig. 4)과 크롬철석(Fig. 5)이 관찰된다(Pracejus, 2008). 이들 철감람석과 크롬철석에 대하여 EPMA 분석을 실시하였다(Table 1). 철감람석에 대한 EPMA 분석 결과를 FeO-SiO2-Al2O3 삼각도(Fig. 6)와 CaO-SiO2-Al2O3 삼각도(Fig. 7)에 도시한 결 과 모두 철감람석 영역에 도시되었다. 이 철감람 석 영역은 Piatak et al. (2004)에 의한 감람석과 Parsons et al. (2001)에 의한 철감람석이 같이 도 시되고 있다. Fig.5에서 반동석은 크롬철석 내부 에 포획되어 나타나며, 크롬철석은 거정질의 반자 형 뼈대구조로 나타나는 것으로 보아 슬래그가 급 냉에 의하여 형성되었음을 지시해준다(Parsons et al., 2001; Piatak et al., 2004).

    Fig. 5에 나타는 반동석 및 금속입자들에 대하여 EPMA 정량분석을 수행하였다(Table 2). 이들 EPMA 분석 결과를 Cu-S-Fe 삼각도에 함께 도시 한 결과 반동석은 반동석 영역에 금속입자는 황동 석 영역에 도시되었다(Fig. 8). 따라서 반동석과 황 동석이 슬래그에 포함되어 있음을 확인하였다. 이 는 슬래그에 반동석과 황동석과 같은 황화광물이 존재하는 것은 제련과정이 완전하게 작동되지 못 한 결과이기 때문인 것으로 사료된다(Vitkova et al., 2010).

    구리 용출 특성

    200 mesh로 미분쇄된 슬래그 시료에 대하여 XRD분석한 결과 철감석과 크롬철석이 나타났다 (Fig. 9). SEM 및 EPMA 분석에서 확인되었던 반 동석과 황동석은 XRD분석에서 나타나지 않았다. 200 mesh 슬래그 시료에 대하여 화학분석한 결과 (Table 3), Fe는 18.37%, Cu는 0.93%, Cr은 2.66%로 나타나며 Pb, Zn 및 Ag는 소량 포함되고 있다. 따라서 이들 슬래그에 포함된 Fe와 Cu는 막 대한 금속자원에 해당된다. 일반적으로 구리광석의 구리함유량은 5-30% 정도 함유한다. 하지만 이는 채광비용 및 회수하는 비용을 고려하였을 때 경제 적으로 막대한 비용이 들어간다. 하지만 구리슬래 그는 채광이나 회수비용이 많이 소요되지 않기에 경제적으로 회수할 가치가 높다고 판단된다. 그러 나 슬래그에 Cr이 2.66%나 포함되어 있기 때문에 제련장에 적치되어 있는 슬래그는 주변 토양이나 지표수 및 지하수를 심각하게 오염시킬 가능성이 매우 높은 것으로 생각된다(Shtiza et al., 2005). 슬래그에 포함되어 있는 금속자원을 얻기 위해서 는 슬래그 시료의 입도 크기, 황산 농도 및 용출온 도 등에 대한 영향을 파악해야 할 것이다.

    입도효과

    입도효과에 따른 Cu와 Fe 용출률을 알아보기 위 하여 5가지 입도크기에 대하여 용출실험을 수행하 였다. 용출실험은 100 ml 용출-용액(1.0 M H2SO4) 에 각 입도의 시료 1.0 g을 첨가하고, 교반속도 160 rpm, 용출온도 30℃에서 100분 동안 수행하였 다. Cu 용출률은 4 mesh에서 0.01%, 8 mesh에서 2%, 10 mesh에서 33%, 20 mesh에서 29%, 32 mesh에서 61% (Cu = 5747.1 mg)로 나타났다. Fe 용출률은 4 mesh에서 1.0%, 8 mesh에서 10%, 10 mesh에서 24%, 20 mesh에서 31%, 32 mesh에서 65% (Fe = 120063.5 mg)로 나타났다(Fig. 10). Cu와 Fe 용출률은 입도 크기가 감소할수록 증가 하였다. 이는 슬래그에 포함된 반동석이나 황동석 이 노출되는 면적이 증가하였기 때문인 것으로 사 료된다. 본 실험 조건하에서는 Cu와 Fe 용출률이 가장 최적으로 나타나는 입도가 32 mesh이었기 때문에 다음 용출실험은 32 mesh 입도 시료로 수 행하였다. 또한 0.9% 구리슬래그를 회수하기 위해 32 mesh 이상 파쇄시, 향후 상용화 될 경우의 경 제적인 이유로 더 이상 파쇄는 의미가 없다고 사료 된다.

    황산농도효과

    32 mesh 시료 1.0 g을 100 ml 용출-용액에 첨가 하여 교반속도 160 rpm, 용출온도 30℃에서 100 분 동안 수행하였다. 이때 용출-용액의 황산 농도 는 0.5 M, 1.0 M, 2.0 M, 3.0 M으로 변화시켰다. 용출실험 결과, Cu 용출률은 황산농도가 0.5 M일 때 82%, 1.0 M일 때 84%; 2.0 M일 때 96.2% (Cu = 8,969 mg), 3.0 M일 때 96.1%이었다. Fe 용출률은 0.5 M일 때 74.2%, 1.0 M일 때 74.1%, 2.0 M일 때 89% (Fe = 163,409.8 mg) 그리고 3.0 M일 때 82%이었다(Fig. 11). 슬래그에 포함된 Cu 가 황산 용액에 의하여 효과적으로 용출되는 것을 확인하였다. 따라서 Cu 품위가 0.93%인 슬래그가 대규모로 적치되어 있는 제련소 적치장은 Cu를 경 제적으로 용출시키는 방법을 고려한다면 더미 용 출(heap leaching)이 가장 효과적일 것으로 사료된 다. 왜냐하면 이미 슬래그가 적치되는 장소가 조성 되었기 때문에 운영경비나 광석 운반 비용 등이 절 약될 수 있기 때문이다(Qin et al., 2008; Ghorbani et al., 2011). Kim et al. (2014a)은 Cu가 0.35% 포함된 폐광석을 본 실험과 동일한 황산(2 M)용출 실험에서 더미 용출시켜 순수한 구리금속분말을 전기분해로 회수한 바 있다. 본 실험 조건하에서 Cu 용출이 최적으로 용출되는 황산 농도는 2.0 M 일 때였다. 2.0 M에서 3.0 M으로 증가시켰을 때의 용출률 차이가 실험과정 중의 발생가능한 오차범 위내에 있으므로 2.0 M 이상의 농도를 사용할 필 요가 없다고 판단된다. 따라서 다음 용출실험은 2.0 M의 황산 농도로 수행하였다.

    온도효과

    32 mesh 시료 1.0 g을 황산 농도가 2.0 M인 용 출-용액에 첨가하고 교반속도 160 rpm으로 100분 동안 수행하였다. 이때 용출온도는 40℃, 50℃, 60℃, 70℃로 변화시켰다. 본 실험 조건하에서는 용출실 험 결과, Cu 용출률은 온도가 40℃일 때 94%, 50℃ 일 때 96%, 60℃일 때 99.93% (Cu = 9,318.5 mg), 70℃일 때 99.95% (Cu = 9,320.2 mg)이었 다. Fe 용출률은 온도가 40℃일 때 89%, 50℃일 때 95%, 60℃일 때 99.97% (Fe = 183,101.2 mg), 70℃일 때 99.99%로 나타났다(Fig. 12). 황산 용출 -용액에 Cu가 9,318.5 mg/l 용해되어 있다. 전기분 해법을 이용하여 구리 회수시 최소농도는 5,000 mg/l 이상이므로 본 연구에서의 용출된 9,318.5 mg/l는 전기분해(electrowinning)로 금속구리를 회 수하기 충분한 농도이다(Cho et al., 2014; Kim et al., 2014a, 2014b). 본 연구에서 온도 변화에 따른 용출률을 보면, 슬래그에 포함된 Cu와 Fe는 60℃ 에서 모두 용출되는 것으로 판단된다.

    결 론

    구리 슬래그에 철감람석, 크롬철석, 반동석, 황동석 등이 포함되어 있는 것을 광학현미경, SEM/EDS분석, EPMA분석, XRD분석으로 확인하 였다. 슬래그는 간섭색이 잘 나타는 침상의 철감람 석과 뼈대구조가 잘 발달한 자형의 크롬철석으로 구성되었다. 철감람석과 크롬철석이 슬래그에 형성 되는 원인은 제련과정에서 첨가한 융제에 의한 결 과로 사료되며, 또한 슬래그에 반동석과 황동석이 존재하는 원인은 제련과정이 최적조건으로 진행되 지 못했기 때문인 것으로 판단된다. 슬래그에 Fe가 18.37%, Cu는 0.93%, Cr은 2.66% 포함되어 있으 며, 이는 Fe와 Cu의 금속자원이 될 것으로 생각된 다. 슬래그의 입도 크기, 황산 농도 및 용출온도에 대하여 용출실험을 수행한 결과 Cu와 Fe는 입도 크기가 감소할수록, 황산 농도가 증가할수록 그리 고 용출온도가 증가할수록 증가하였다. 본 실험 조 건하에서는 Cu와 Fe가 최적으로 용출되는 조건은 32 mesh 입도, 2.0 M의 황산농도 그리고 60℃의 용출온도에서였다. 그러나 Cr은 이들 조건에서 전 혀 용출되지 않았다. 본 연구결과를 바탕으로, 용 출 규모를 증가시킨다면 구리제련과정의 폐부산물 인 슬래그를 구리의 잠재적 대체금속자원으로 활 용할 수 있을 것으로 예상된다.

    Figure

    JMSK-28-17_F1.gif

    The plane-polarized (a and b) light photomicrogrphs of salg from Kazakhstan. Cm: chromite, Fa: fayalite. The scale bar is 500.0 μm in length. Magnification is 50.

    JMSK-28-17_F2.gif

    The plane-polarized (a) and cross-polarized (b) light photomicrogrphs of salg from Kazakhstan. Cm: chromite, Fa: fayalite, Me: sulfide mineral. The scale bar is 500.0 μm in length. Magnification is 50.

    JMSK-28-17_F3.gif

    SEM image of slag from Kazakhstan. Cm: chromite, Fa: fayalite, Gl: glass, Sm: sulfide mineral, Me: metal particle. The scale bar is 500 μm (a), 100 μm (b), 50 μm (c) and 30 μm (d) in length.

    JMSK-28-17_F4.gif

    Reflected light photomicrograph (a) and Backscattered scanning electron photomicrograph (b) of slag from Kazakhstan. Numbers indicate the position for EPMA analysis.

    JMSK-28-17_F5.gif

    Reflected light photomicrograph (a) and Backscattered scanning electron photomicrograph (b) of slag from Kazakhstan. Numbers indicate the position of EPMA.

    JMSK-28-17_F6.gif

    Ternary plot of fayalite(●) on the slag from Kazakhstan. El: olivine of Elizabeth, Ely: olivine of Ely, Cl: Olivine of Clayton after Piatak et al. (2004) and Cl: fayalite after Parsons et al. (2001).

    JMSK-28-17_F7.gif

    Ternary plot of fayalite(●) on the slag from Kazakhstan. El: olivine of Elizabeth, Ely: olivine of Ely, Cl: Olivine of Clayton after Piatak et al. (2004) and Cl: fayalite after Parsons et al. (2001).

    JMSK-28-17_F8.gif

    Ternary plot of copper mineral on the slag (●) from Kazakhstan. □ and ◯ designate the theoretical composition of chalcopyrite and bornite, respectively.

    JMSK-28-17_F9.gif

    XRD patterns of slag from Kazakhstan. Cm: chromite, Fa: fayalite.

    JMSK-28-17_F10.gif

    Effect of particle size on leaching rate of Cu and Fe on the slag from Kazakhstan. ○: 4 mesh, △: 8 mesh, ▲: 10 mesh, ▼: 20 mesh, ■: 32 mesh.

    JMSK-28-17_F11.gif

    Effect of sulfuric acid concentration on leaching rate of Cu and Fe on the slag from Kazakhstan. △: 0.5 M, ▲: 1.0 M, ▼: 2.0 M, ■: 3.0 M.

    JMSK-28-17_F12.gif

    Effect of temperature on leaching rate of Cu and Fe on the slag from Kazakhstan. △: 40℃, ▲: 50℃, ▼: 60℃, ■: 70℃.

    Table

    Representive electron-microprobe composition of fayalite and chromite on the slag from Kazakhstan (weight %)

    *ND: not detect

    Representive electron-microprobe composition of bornite and chalcopyrite on the slag from Kazakhstan (weight %)

    *ND: not detect

    Chemical composition of slag after aqua regia digestion

    R.S.D.: relative standard deviation

    Reference

    1. Altundogan HS , Tumen F (1997) Metal recovery from copper converter slag by roasting with ferric sulphate , Hydrometallurgy, Vol.44; pp.261-267
    2. Altundogan HS , Boyrazli M , Tumen F (2004) A study on the sulphuric acid leaching of copper converter slag in the presence of dichromate , Minerals Engineering, Vol.17; pp.464-467
    3. Arslan C , Arslan F (2002) Recovery of copper, cobalt, and zinc from copper smelter and converter slags , Hydrometallurgy, Vol.67; pp.1-7
    4. Banza AN , Gock E , Kongolo K (2002) Base metals recovery from copper smelter slag by oxidising leaching and solvent extraction , Hydrometallurgy, Vol.67; pp.63-69
    5. Carranza F , Lglesias N , Mazuelos A , Romero R , Forcat O (2009) Ferric leaching of copper slag flotation taillings , Minerals Engineering, Vol.22; pp.107-110
    6. Cho KH , Kim BJ , Choi NC , Park CY (2014) The Variation of Cu Recovery by Electrowinning Conditions and Their Mineralogical Characteristics from Cathodic Deposition-powdered Copper , J. Miner. Soc. Korea, Vol.27 (4) ; pp.183-195
    7. Craig JR , Vaughan DJ (1981) Ore microscopy and ore petrography, John Wiley & Sons , pp.-406
    8. Davenport WG , King M , Schlesinger M , Biswas AK (2002) Extractive metallurgy of copper , pp.-432
    9. Ghorbani Y , Becker M , Mainza A , Franzidis JP , Petersen J (2011) Large particle effects in the chemical/biochemical heap leach processes-a review , Minerals Engineering, Vol.24; pp.1172-1184
    10. Gorai B , Jana RK Premchand (2003) Characteristics and utilisation of copper slag-a review , Resources Conservation and Recycling, Vol.39; pp.299-313
    11. Kim BJ , Cho KH , Choi NC , Park CY (2014a) The Characteristic Dissolution of Valuable Metals from Mine-Waste Rock by Heap Bioleaching, and the Recovery of Metallic Copper Powder with Fe Removal and Electrowinning , J. Miner. Soc. Korea, Vol.27 (4) ; pp.207-222
    12. Kim BJ , Cho KH , Jo JY , Choi NC , Park CY (2014b) The characteristic of Te recovery in gold concentrate using electrolysis , Economic and Environmental Geology, Vol.47; pp.645-655
    13. Kim BK , Kim JY , Kim JS , Bang BR , Yu TU , Hwang JH , Peck JH , Park DH (2014) (zz) Study on the optimization of 1MW plasma melting system for the recycling of copper in copper slag , The Korean Society of Mechanical Engineers symposium, pp.317-318
    14. KOMIShttp://www.kores.net/main.do,
    15. Lee JE (2014) Recovery of Fe from non-ferrous smelting slag using electrochemical process. M.D Thesis, Ulsan university, pp.-51
    16. Li Y , Perederiy I , Papangelakis VG (2008) Cleaning of waste smelter slags and recovery of valuable metals by pressure oxidative leaching , Journal Hazardous Materials, Vol.152; pp.607-615
    17. Parsons MB , Bird DK , Einaudi MT , Alpers CN (2001) Geochemical and mineralogical controls on trace element release from the Penn Mine base-metal slag dump, California , Applied Geochemistry, Vol.16; pp.1567-1593
    18. Piatak N , Seal RR , Hammarstrom JM (2004) Mineralogical and geochemical controls on the release of trace elements from slag produced by base-and precious-metal smelting at abandoned mine sites , Applied Geochemistry, Vol.19; pp.1039-1064
    19. Pracejus B (2080) The ore minerals under the microscope, Elsevier , pp.-875
    20. Qin WQ , Zhang YQ , Li WZ , Wang J (2008) Simulated small-scale plot heap leaching of low-grade copper sulfide ore with selective extraction of copper , Transactions of Nonferrous Metals Society of China, Vol.18; pp.1463-1467
    21. Shin HJ , Lee CJ (2012) Atlas of rock-forming minerals in thin section, Kyoyookbook , Vol.379;
    22. Shtiza A , Swennen R , Tashko A (2005) Chromium and nickel distribution in soils, active river, overbank sediments and dust around the Burrel chromium smelter(Albania) , Journal of Geochemical Exploration, Vol.87; pp.92-108
    23. Veglio F , Trifoni M , Pagnanelli F , Toro L (2001) Shrinking core model with variable activation energy: a kinetic model of manganiferous ore leaching with sulphuric acid and lactose , Hydrometallurgy, Vol.60; pp.167-179
    24. Vitkova M , Ettler V , Johan Z , Kribek B , Sebek O , Mihaljevic M (2010) Primary and secondary phase in copper-cobalt smelting slags from the Copperbelt province, Zambia , Mineralogical Magazine, Vol.74; pp.581-600
    25. Wei X , Viadero Jr RC , Buzby KM (2005) Recovery of iron and aluminum from acid mine drainage by selective precipitation , Environmental Engineering Science, Vol.22; pp.745-755
    26. Yang Z , Rui-lin M , Wang-don N , Hui W (2010) Selective leaching of base metals from copper smelter slag , Hydrometallurgy, Vol.103; pp.25-29